wejwej Вопросы экологииVoprosy Ecologii 3034-7319 Индивидуальный предприниматель Подколзин М.М. 192 ArticlesСтатьи Биоиндикационный потенциал почвенных микробных сообществ для оценки антропогенного воздействия: интегративный метаболомический подходБиоиндикационный потенциал почвенных микробных сообществ для оценки антропогенного воздействия: интегративный метаболомический подход Машкин Дмитрий Михайлович D_Mashkin@rosatom.ru Акционерное общество «Русатом Энерго Интернешнл» 202315062023 13171Наука.МысльWorld Ecology Journal95 109 Copyright (c) 2025 2025 Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.

Микробные сообщества почв представляют собой чувствительные индикаторы экологического состояния и антропогенной нагрузки на экосистемы. Настоящее исследование направлено на разработку комплексного метаболомического подхода к оценке биоиндикационного потенциала почвенной микробиоты в условиях различного антропогенного воздействия. Работа базируется на интегративном анализе метаболомических профилей почвенных микроорганизмов, полученных с применением высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии высокого разрешения. Исследование проведено на 78 почвенных образцах, отобранных в различных функциональных зонах с градиентом антропогенной нагрузки, включая урбанизированные территории, сельскохозяйственные угодья и относительно нетронутые экосистемы. Выявлены специфические метаболические маркеры, достоверно отражающие степень антропогенной нагрузки с высокой чувствительностью (93,7%) и специфичностью (89,2%). Анализ метаболомов позволил идентифицировать 317 низкомолекулярных соединений, из которых 42 демонстрируют статистически значимую корреляцию (p<0,001) с концентрациями поллютантов. Разработана и валидирована прогностическая модель, позволяющая определять тип и интенсивность антропогенного воздействия на основе метаболических паттернов с точностью до 87,3%. Установлена значимая корреляция между функциональной структурой микробных сообществ и их метаболомическими профилями (r=0,83, p<0,001). Полученные результаты свидетельствуют о высоком потенциале метаболомического анализа почвенной микробиоты для создания эффективных систем биоиндикации и экологического мониторинга нарушенных экосистем

Soil microbial communities are sensitive indicators of the ecological status and anthropogenic stress on ecosystems. The present study is aimed at developing a comprehensive metabolomic approach to assessing the bioindication potential of the soil microbiota under various anthropogenic influences. The work is based on an integrative analysis of the metabolomic profiles of soil microorganisms obtained using high-performance liquid chromatography and high-resolution mass spectrometry. The study was conducted on 78 soil samples taken in various functional zones with a gradient of anthropogenic load, including urbanized territories, agricultural lands and relatively untouched ecosystems. Specific metabolic markers were identified that reliably reflect the degree of anthropogenic stress with high sensitivity (93.7%) and specificity (89.2%). The analysis of metabolomes allowed us to identify 317 low molecular weight compounds, of which 42 demonstrate a statistically significant correlation (p<0.001) with the concentrations of pollutants. A predictive model has been developed and validated to determine the type and intensity of anthropogenic impact based on metabolic patterns with an accuracy of 87.3%. A significant correlation was established between the functional structure of microbial communities and their metabolomic profiles (r=0.83, p<0.001). The results obtained indicate the high potential of the metabolomic analysis of the soil microbiota for the creation of effective bioindication systems and environmental monitoring of disturbed ecosystems.

KeywordsSoil microbiotametabolomicsbioindicationanthropogenic impactКлючевые словаПочвенная микробиотаметаболомикабиоиндикацияантропогенное воздействие Soil microbiota metabolomics bioindication anthropogenic impact issue-cover Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв. 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 2012. 412 с. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 445 с. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1987. 368 с. Стриганова Б.Р. Питание почвенных сапрофагов. М.: Наука, 1980. 243 с. Терехова В.А. Биотестирование почв: подходы и проблемы // Почвоведение. 2011. № 2. С. 190-198. Bardgett R.D., van der Putten W.H. Belowground biodiversity and ecosystem functioning // Nature. 2014. Vol. 515. № 7528. pp. 505-511. DOI: 10.1038/nature13855. Fierer N., Jackson R.B. The diversity and biogeography of soil bacterial communities // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2006. Vol. 103. № 3. pp. 626-631. DOI: 10.1073/pnas.0507535103. Giller K.E., Witter E., McGrath S.P. Toxicity of heavy metals to microorganisms and microbial processes in agricultural soils: a review // Soil Biology and Biochemistry. 1998. Vol. 30. № 10-11. pp. 1389-1414. DOI: 10.1016/S0038-0717(97)00270-8. Lauber C.L., Hamady M., Knight R., Fierer N. Pyrosequencing-based assessment of soil pH as a predictor of soil bacterial community structure at the continental scale // Applied and Environmental Microbiology. 2009. Vol. 75. № 15. pp. 5111-5120. DOI: 10.1128/AEM.00335-09. Rousk J., Bååth E., Brookes P.C., Lauber C.L., Lozupone C., Caporaso J.G., Knight R., Fierer N. Soil bacterial and fungal communities across a pH gradient in an arable soil // The ISME Journal. 2010. Vol. 4. № 10. pp. 1340-1351. DOI: 10.1038/ismej.2010.58. Shade A., Peter H., Allison S.D., Baho D.L., Berga M., Bürgmann H., Huber D.H., Langenheder S., Lennon J.T., Martiny J.B.H., Matulich K.L., Schmidt T.M., Handelsman J. Fundamentals of microbial community resistance and resilience // Frontiers in Microbiology. 2012. Vol. 3. Article 417. DOI: 10.3389/fmicb.2012.00417. van der Heijden M.G.A., Bardgett R.D., van Straalen N.M. The unseen majority: soil microbes as drivers of plant diversity and productivity in terrestrial ecosystems // Ecology Letters. 2008. Vol. 11. № 3. pp. 296-310. DOI: 10.1111/j.1461-0248.2007.01139.x. Wall D.H., Bardgett R.D., Kelly E.F. Biodiversity in the dark // Nature Geoscience. 2010. Vol. 3. № 5. pp. 297-298. DOI: 10.1038/ngeo860. Wardle D.A. The influence of biotic interactions on soil biodiversity // Ecology Letters. 2006. Vol. 9. № 7. pp. 870-886. DOI: 10.1111/j.1461-0248.2006.00931.x. Torsvik V., Øvreås L. Microbial diversity and function in soil: from genes to ecosystems // Current Opinion in Microbiology. 2002. Vol. 5. № 3. pp. 240-245. DOI: 10.1016/S1369-5274(02)00324-7.